연구목적: 본 연구에서는 주조연결부의 하중 전달기전과 함께 연결강도를 증진시킬 수 있는 기계적 유지구 설계 방법을 주조연결한 3-unit 고정성 국소의치의 삼차원 유한요소 모형으로 응력분포를 비교 관찰하여 알아보고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 10개의 유한요소 모형을 형성하였다. (모형 A: 1개의 유지구, 모형 B: 2개의 유지구, 모형 C: 3개의 유지구, 모형 D: 4개의 유지구, 모형 E: 1개의 수평구와 2개의 수직구, 모형 F: 2개의 수평구와 1개의 수직구, 모형 G: 크기가 증가된 1개의 유지구, 모형 H: 크기가 증가된 2개의 유지구, 모형 I: 높이가 증가된 1개의 유지구, 모형 J: 기저부 너비가 증가된 1개의 유지구). 하악 제 1대구치에서 이차 주조체 양측의 근심와와 원심와에 수직하중을 가하였다. 결과: 일차 주조체와 이차 주조체 간의 유지력과 유지구 형성 후에 남아 있는 일차 주조체 연결부의 두께가 주조연결부의 강도에 영향을 주는 주요소였다. 유 지구의 개수나 크기 증가에 따른 유지력 증가는 응력을 분산시키는 효과를 나타냈으나 경우에 따라서는 상대적으로 일차 주조체의 연결부 두께를 감소시켜 응력 값이 증가하는 결과를 초래하였으며, 주조연결부의 기계적 실패는 이차 주조체보다는 일차 주조체에서 일어날 가능성이 높았다. 결론: 주조연결을 위한 유지구 형성 시에는 일차 주조체 연결부의 잔존 금속 두께를 고려하여 유지구의 개수를 제한하고, 이와 함께 일차 주조체와 이차 주조체간의 유지력을 최대화하기 위하여 유지구의 기저면보다는 깊이를 증가시키는 유지구 설계가 바람직한 방법으로 생각된다.
사용후핵 연료 심지층 처분의 목적은 그 독성이 인간 및 자연환경에 영향을 미치지 않도록 장기간 동안 격리하고, 방사성물질의 누출을 지연시키는 것이다. 이러한 심지층 처분장 설계시 주요한 요건은 처분시스템의 건전성 유지를 위하여 폐기물로부터 발생된 열로 인하여 완충재의 온도가 $100\;^{\circ}C$를 넘지 않도록 하는 것이다. 따라서, 원자력 발전소에서 방출된 후의 사용후핵연료 냉각기간은 심지층 처분장 설계시 효율 및 경제성을 위한 중요한 고려인자이다. 본 연구에서는 가장 적절한 사용후핵연료 냉각기간 설정을 위하여 처분시스템 온도요건을 만족하는 심지층 처분장 배치에 필요한 처분터널-처분공 간격 및 그에 따른 면적, 열하중에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위하여, 기준 처분개념을 바탕으로 사용후핵연료의 냉각기간 및 처분터널/처분공 간격을 다양하게 설정하여, 처분시스템에서의 열적 안정성을 해석하고 그 결과를 비교분석하였다. 그리고 분석 결과를 바탕으로 처분면적 측면에서 효율적인 사용후핵연료 냉각기간을 도출하였다. 그 결과, 사용후핵연료의 냉각기간이 짧을수록 처분장에서 설계온도 제한치 범위내 최고온도에 이르는 시간은 빨라지고, 사용후핵연료 냉각기간이 길수록 처분장에서 온도상승 및 하강속도는 완만해지는 것으로 나타났다. 또한, 본 연구에서 고려대상으로 삼은 처분장 규모와 사용후핵연료를 심지층에 처분한다고 할 때 그 냉각기간을 40-50년으로 함이 적합한 것으로 나타났다.
연구 목적: 본 연구는 지르코니아 코핑의 다양한 디자인과 시멘트 종류에 따른 지르코니아 도재관의 파절 저항성과 변연 적합도를 평가하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: CAD/CAM system (Everest, KAVO Dental GmbH, Biberach, Germany)을 이용하여, 다양한 두께를 가진 지르코니아 코핑을 디자인하고 제작하였다. 80개의 코핑을 디자인에 따라 20개씩 4개의 그룹으로 분류하였으며, 각 그룹은 다시 시멘트 종류에 따라 시편을 10개씩 나누어 2개의 소그룹으로 분류하였다. Group I은 전체적으로 균일하게 0.3 mm로, group II는 협면과 협측 교합면은 0.3 mm, 설면과 설측 교합면을 0.6 mm, group III은전체0.6 mm 균일하게, Group IV는 협면과 협측 교합면은 0.6 mm 설면과 설측 교합면을 1.0 mm로 디자인 하였다. Putty index를 이용해 같은 크기와 형태의 지르코니아 도재관을 축성 후, 완성하였다. 미세 경도측정기의 현미경 (Matsuzawa, MXT-70, Japan)으로 도재관의 변연 적합도를 측정하였고, 만능시험기 (Z020, Zwick, Germany)를 이용하여 cross-head speed를 1 mm/min로 도재관이 파절될 때까지 수직 하중을 가해 파절 저항성을 측정하였다. One-way ANOVA와 two-way ANOVA 를 이용해 그 결과를 비교 분석 하였으며, 사후 검정으로 Duncan's multiple range test ($\alpha$=0.05)를 사용하였다. 결과:1. 코핑 디자인에 따른 변연적합성은 유의한 차이가 있었다 (P<.05). 2. 임시합착제 (Cavitec$^{(R)}$)로 합착한 군에서 코핑 디자인에 따른 지르코니아 도재관의 파절강도는 유의한 차이가 있었다 (P<.05). 3. 영구접착제 (Panavia-$F^{(R)}$)로 접착한 군에서 코핑 디자인에 따른 지르코니아 도재관의 파절강도는 통계학적인 유의차가 없었다 (P>.05). 4. 시멘트의 종류에 따른 동일한 디자인사이에서의 파절강도는 group I과 group II에서 Panavia-F 접착군이 Cavitec$^{(R)}$ 접착군보다 통계학적으로 유의성 있게 높았다 (P<.05). 5. 도재관의 파절 양상은 지르코니아 코핑의 디자인에 따른 차이는 없었으며, 시멘트의 종류에 따라 Cavitec$^{(R)}$ 접착군에서는 시편이 완전 분리되는 전부 파절, Panavia-$F^{(R)}$ 접착군에서는 전장 도재층에서만 파절되는 부분파절이 주로 나타났다. 결론: 제한된 결과이기는 하나 심미성을 위해 가시면을 얇게 하고 강도를 위해 비가시면의 지르코니아 코핑을 두껍게 하는, 즉 기능에 따라 두께를 달리 하는 세라믹 하부구조 디자인이 임상에서 선택적으로 활용될 수 있을 것으로 사료되었다.
주조관에 대한 레진 세멘트의 유지력을 알아보기 위하여 상악소구치 30개를 일정한 크기로 삭제한 다음통상적인 방법으로 비귀금속 주조관을 제작한후, 각 군에 10개씩 나눈 후 I군에서는 인산 아연세멘트, II군에서는 Panavia-EX, 그리고 III군에서는 All-Bond & composite resin cement로 5kg의 정적인 압력하에서 세멘트한 후, 인스트론 만능시험기에서 cross head speed 1mm/min으로 유지력을 측정하였다. 레진 세멘트의 세멘트 두께를 측정하기 위해서 하나의 상악 소구치를 치아 형성한 후 인상을 채득하여 비귀금속의 치아 5개를 만들고 여기에서 각각의 비귀금속 주조관을 만든 후각 시편의 협, 설, 근, 원심 4면에 변연 가까이 표식을 만든 후, 세멘트하기전 및 Panavia-EX, All-Bond, 인산 아연 세멘트의 순으로 세멘트한 후의 주사전자 현미경 사진을 채득하여 세멘트 후의 두 표시 사이의 간격에 세멘트 하기 전의 간격을 제한 후 한 시편의 4면에서 나온 간격을 평균하여 그 해당 세멘트의 해당 시편에서의 세멘트 두께로 하여 5개의 시편에서 각각 세멘트의 세멘트 두께를 측정하였다. 1. III군에서 $4.34{\pm}1.08kg$으로 가장 파단하중이 높았고 II군에서 $3.34{\pm}1.22kg$, I군에서 $1.66{\pm}0.4kg$의 순으로 나타났다. 2. III군은 I군과 II군에 대해, 그리고 II군은 I군에 대해 통계학적 유의성 있는 차이를 나타내었다(p<0.05). 3. 세멘트 두께에 있어서 Z.P.C는 $45.4{\pm}16.6m$, Panavia는 $41.3{\pm}22.9m$, 그리고 All-Bond는 $151{\pm}82m$로 나타났다. 4. 인산 아연 세멘트와 Panavia는 All-Bond에 대해 통계학적 유의성 있는 차이를 나타내었으며(p<0.05)인산 아연 세멘트와 Panavia-EX사이에는 유의성 있는 차이가 없었다(p>0.05).
I형 PSC 거더에 새로운 설계 개념을 도입하여 낮은 형고의 장경간 거더를 설계하고, 실험을 통해서 적용성을 점검하였다. 본 연구에서 제안하는 거더는 복부에 개구부를 도입한 분절형 중공 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더(HWPC거더, Holed Web Prestressed Concrete girders)이다. 이 거더의 설계에는 세 가지 설계 개념이 종합적으로 적용되었다. 먼저 장경간의 거더를 공장에서 프리캐스트로 타설하여 양생을 마친 후에 현장으로 운반하는 방법을 채택하여 현장에서 거더를 제작하는 경우보다 콘크리트의 품질 관리가 용이하게 하여 고강도 및 고성능 콘크리트를 적용하는 것이 가능하게 하였다. 또한 거더를 분절화하여 제작하여 국내의 도로 여건에서도 장경간 거더를 공장에서 현장으로 이동시킬 수 있게 하였다. 이로써 현장에서의 작업 기간도 단축시킬 수 있다. 두 번째로 거더의 복부에 원형의 개구부를 도입하여, 단부 정착장치의 반을 이 개구부 내에 이동하여 분산 배치하여, 분절 거더의 조립에 사용하였다. 개구부에 정착부를 분산 배치하면 단부에 설치되는 정착장치가 줄어들게 되므로 단부에 작용하는 응력이 줄어들게 된다. 아울러 자연스레 단부에 도입되는 휨모멘트는 줄어들고, 중앙부에 큰 휨모멘트가 도입되므로 외력으로 인한 휨모멘트 분포에 더 가까운 형상의 부모멘트를 거더에 도입할 수 있다. 거더에 개구부를 도입하면 거더 자중도 줄어든다. 그리고, 세째로 단부에 설치되는 정착구의 수가 줄기 때문에 단부에서는 다이아프램을 제거하고도 정착이 가능하다. 이렇게 거더의 전 단면에 걸쳐서 같은 폭의 복부폭을 사용하면 거더 제작을 자동화 하는데도 도움이 될 것이다. HWPC거더의 설계 기법을 검증하고, 다단계 긴장의 효과 및 실제교량에 적용할 때 발생할 수 있는 문제점을 고찰하기 위하여 실물 실험을 수행하였다. 길이 50 m, 높이 2 m인 거더 실험체를 분절형과 일체형으로 각각 1개씩 제작하여 휨실험을 수행하고, 결과를 비교하여 분석하였다. 분절형 거더와 일체형 거더는 처짐 및 균열생성 형상에서 근본적으로 유사하였다. 휨 강도, 처짐, 활하중 처짐제한 규정 등이 특정 설계기준을 만족하도록 설계하는 것이 가능하였다.
최근 구조물 기초가 풍화암상에 위치하는 경우가 증가하는 추세로 풍화암상 기초의 적정 설계 지지력을 평가하고자 국내 지반조사서상 제안된 풍화암 기초 허용 지지력을 조사하였다. 조사 결과 몇몇 현장에 제안된 풍화암 허용 지지력은 약 400~700kN/m2 수준으로 그 편차가 큰 편이며 보수적인 값으로 판단되었다. 지반의 기초 허용 지지력은 설계 초기 기초 형식 결정에 중요한 지표로, 그 결정에 따라 공사비 및 공기에 큰 영향을 줄 수 있다. 이에 본 연구에서는 적정한 풍화암 지반의 허용지지력을 평가하고자 풍화암 지반에 대하여 총 6회의 대형 평판재하시험을 실시하고 지지력 및 침하 특성을 분석하였다. 시험 결과 지지력은 모두 1,500kN/m2이상으로 평가되었으며 기존 지지력 공식과 비교하였을 때 공내재하시험에 의한 지지력 평가식이 본 시험결과와 유사함을 확인하였다. 또한 대형 평판재하시험의 하중-침하 거동 역산에 의한 지반의 탄성계수는 공내재하시험의 탄성계수(E) 값 적용이 적절하다고 평가되었다. 본 연구에서의 대형 평판재하시험 결과 및 국내 타 현장에서의 평판재하시험 사례 등을 종합하여 볼 때 풍화암 허용 지지력은 1,000kN/m2 이상으로 평가된다. 그러나 기초 침하량은 기초 크기 증가에 따라 비례하므로 구조물 허용 침하량 기준에 따라 허용 지지력은 제한되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 수치해석적 방법으로 기초 크기 및 풍화암 두께에 따른 기초 예상 침하량을 평가하였으며, 풍화암 지반상 기초 허용지지력이 1,000kN/m2 이상일 수 있는 기초 크기 및 지반 조건을 표로 제안하였다. 이는 기초 설계 초기 기초 형식 결정에 유용하다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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